Lichtreaktionen – Fotosynthese

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Beginnen wir zunächst mit einem kurzen Überblick zur Fotosynthese im Allgemeinen, um die Bedeutung der Lichtreaktionen genauer zu verstehen. Aus der allseits bekannten Stoffgleichung der Fotosynthese ist ersichtlich, dass aus Lichtenergie, Kohlenstoffdioxid und Wasser, energiereiche Moleküle, allem voran Glucose, und Sauerstoff entstehen.
Doch die Fotosynthese ist kein einstufiger Prozess, sonder aus vielen einzelen Reaktionsschritten zusammengesetzt. Dabei unterteilt man in lichtabhängige Prozesse und in temperaturabhängige Abschnitte, also den sog. Licht- und Dunkelreaktionen. Aus dem Schema ist ersichtlich, dass die Lichtreaktionen in den Chloroplasten, genauer gesagt an den Grana-Thylakoidmembranen ablaufen und unter anderem die Dunkelreaktionen mit Reduktionsäquivalenten NADPHH+ und Energie in Form von ATP beliefern. Gehen wir nun ins Detail der Lichtreaktionen.
Die eigentliche Idee hinter den Lichtreaktionen ist die, dass Fotosysteme durch Sonnenstrahlen energetisch angeregt werden, und die gewonnene Energie schrittweise über Elektronentransportketten an Redoxsysteme abgegeben. An diese Redoxsysteme sind endergonische Reakionen gekoppelt, also Reaktion die Energie benötigen, um die für die Dunkelreaktionen benötigten ATP und NADPHH+ -Moleküle aus ihren Vorstufen zu erzeugen.
Alles startet mit der durch Lichtstrahlen verursachten Anregung des Fotosystems 2, welches daraufhin Elektronen frei gibt. Wenn du wissen möchtest, wie ein Fotosystem aufgebaut ist und wie es funktioniert, verlinke ich dir hier das passende Video.
Das abgegebene Elektron wird daraufhin über Redoxsysteme zum Fotosystem 1 weitergeleitet. Unter einem Redoxsystem ist übrigens einfach das hier gemeint: Ein Elektronenakzeptor nimmt ein Elektron auf und wird dadurch zum Elektronendonator. Dieser Donator gibt wiederum das Elektron an einen Redoxpartner von geringerer Energie ab, wodurch er selbst wieder zur Aufnahme weiterer Elektronen bereit steht und so weiter (anschauliche Skizzen findest du im Video). Diese Redoxreaktionen zusammen ergeben somit eine richtige Elektronentransportkette.
Da die Energie dabei stets ein klein wenig abnimmt, wird etwas energie immer frei, die teilweise zum Aufbau von ATP im Rahmen der Fotophosphorylierung verwendet wird. Fotophosphorylierung bedeutet einfach, dass ADP durch Lichtenerige ein weiteres Phosphat aufnimmt und somit zu ATP wird. Das zurückgelassene Fotosystem 2 muss nun noch mit Elekronen versorgt werden, da es ja 2 davon an die Elektronentransportkette abgegeben hat. Diese beiden Elektronen erhält es von einem Wassermoleküle, was dadaurch in Sauerstoff und Protonen )H+) gespalten wird. Den Prozess nennt man übrigens Fotolyse des Wassers.
Unsere beiden elektronen sind nun über die Redoxkette zum Fotosystem 1 gelangt. Hier geschieht das gleiche Spiel erneut: Das Fotosystem 1 oder auch p700 wird durch Lichtstrahlen angeregt, erreicht also ein angehobenes Energieniveau. Die beiden zuvor erhaltenen Elektroenen gibt es aber dann auch sofort wieder an ein nächstes Redoxsystem weiter. Der Endabnehmer der beiden Elektronen die ja ursprünglich von der Fotolyse eines Wassermoleküls stammen, ist das Cosubstrat NADP+. Durch Aufnahme der beiden Elektronen entsteht unser gewünschtes Reduktionsäquivalent NADPHH+.

Das, was wir uns bisher angeschaut haben war der nichtzyklische Elektronentransprot, es ist aber auch ein zyklischer Transport möglich. Dabei werden Elektronen aus dem zweiten Photosystem unmittelbar wieder der Redoxkette zugeführt und stehen zur erneuten ATP-Bildung bereit. Dieser weg wird immer dann gewählt, wenn der Energiegewinn und nicht die Erstelleung von Reduktionsäquivalenten für die Zelle im Vordergrund steht.
Wenn du Punkte noch nicht verstanden hast, helfen dir wahrscheinlich unsere Skizzen im Video weiter.
Falls nicht, bist du herzlich eingeladen, dein Fragen bei uns im Forum zu stellen. Wir werden dir dann zeitnah antworten!